Polidimetilsiloksanın yorgunluk davranışının karakterizasyonu

Polidimetilsiloksan (PDMS), mikropompalar, yumuşak robotik, giyilebilir cihazlar ve doku iskeleleri gibi döngüsel yükleme içeren mühendislik ve biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, kuvvet kontrollü koşullar altındaki yorulma davranışı büyük ölçüde karakterize edilmemiş olup, bu malzemeden üretilen cihazların uzun vadeli güvenilirliği için risk oluşturmaktadır. Bu tez, kuvvet kontrollü döngüsel yükleme altında PDMS'nin yorulma ömrünü inceleyerek bu boşluğu gidermiştir. Geri besleme kontrollü bir aktüatör ve Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) için otomatik bir kamera sistemine sahip özel yapım tek eksenli bir gerdirici geliştirilmiştir. Hibrit bir yöntem, çoğu döngü için çapraz kafa yer değiştirmesini ve yüksek doğrulukta gerinim düzeltmesi ve kalibrasyonu için periyodik DIC ölçümlerini kullanmıştır. 0,85-2,8 MPa gerilim genliklerinde 77 PDMS numunesi üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar kesin bir nicel karakterizasyon üretti: $S = 2,994 \times N^{-0,007586}$ denklemiyle kuvvet kontrollü bir S-N eğrisi oluşturuldu ve 2,25 MPa'lık net bir yorulma dayanıklılık sınırını ortaya koydu. Bu gerilimde veya altında test edilen tüm numuneler 1.000.000 çevrimi arıza olmadan atlattı. Sonlu ömür rejimi (2,5-2,8 MPa) için Weibull arıza olasılığı analizi, şekil parametresinde 2,5 MPa'da 12,79'dan 2,8 MPa'da 6,37'ye bir düşüş gösterdi ve daha yüksek gerilimlerde yorulma ömründeki artan değişkenliği ölçtü. Dahası, DIC analizi, logaritmik bir eğilimi izleyen ilerleyici bir birikim göstererek mandal gerilimi evrimini ölçtü. Yaklaşık 0,17'lik kritik bir cırcırlı gerilim eşiği, arızanın habercisi olarak tanımlanmıştır. S-N eğrisinin 1 döngüdeki gerilim kesişimi, bağımsız çekme testlerinden belirlenen nihai çekme dayanımı ($\sim 3$ MPa) ile örtüşmektedir. Bu araştırma, dayanıklı yumuşak cihazlarda PDMS'nin yorulmaya dayanıklı uygulaması için sağlam ve nicel tasarım kılavuzları sunmaktadır.